作業(yè)2—lab2指令集流水化實驗—計算機體系結構

1、Lab2 指令集流水化實驗報告學號：12281166 姓名：崔雪瑩Exercise 1: What is hex code for NOP or SLL R0, R0, R0 00 00 00 00 H .Exercise 2: By looking at the binary code of the instruction, discover the following fields: Rs: 00100 , Rt: 00011 , Rd 00101 , 16-bit Imm (Imm16) 0010 1000 0010 0000 , Shift amount 00000 , Functio

2、n Code 100000 , Write MemWrite 0 and RegWrite 1 for this instruction. What is use of 16-bit Immediate field in this instruction? 16位立即數(shù)是對branch指令來說的跳轉目的地址的偏移地址，add指令沒有作用 。 If the same instruction were a Branch instruction, the immediate field would have represented a Branch Offset. What is the poten

3、tial Target Address 43092 立即數(shù)十進制表示為10272，目的地址為10272*4+2004=43092 Exercise 3: LW Instruction Rs: 01000 , Rt 00111 , Rd 32（00000） , 16-bit Imm (Imm16) 1111 1111 0011 1000 , Shift amount 29（11101） , Function Code 100011 , Write MemWrite 0 and RegWrite 1 for this instruction. What is use of Function fil

4、ed and Shift Amount in this instruction? 操作數(shù)表明操作為LW讀操作，是指令操作的唯一標記，移位量是相對與移位指令來說移幾位，在LW指令沒有作用 。If the same instruction were a Branch instruction, the immediate field would have represented a Branch Offset. What is the potential Target Address 1204 ，（-200*4）+2004=1204 。Exercise 4: Branch Target Found

5、Adress 1204 , Is It same as EX.3 是 ? B input to ALU -200 , Why? 因為對于I型指令只有rs，rt和立即數(shù)，沒有rd，是rs和立即數(shù)Imm運算的結果進行操作，所以B最終送ALU的是立即數(shù)而不是rt , ALUOut 800 , ALUOP = ADD , Why 因為立即數(shù)是偏移量，所以運算器是對R8和-200求和，得到的為目的地址 . LMD 525252 , Rdest 7 why this? 因為沒有rd，但是是取800地址的內(nèi)容，回送到R7里 。 RegWrite 1 , MemWrite 0 , What are two v

6、alues at the input of very last MUX in the WB stage 525252 , 800 , Which value is selected 525252 , why 因為最終寫回的是525252的值，而不是ALU運算的結果800 . Final Register File Values. R7 , 525252 , R8 , 1000 .Exercise 5: SW instruction Rs: 01000 , Rt 00111 , Rd 32（00000） , 16-bit Imm (Imm16) 1111 1111 0011 1000 , Shi

7、ft amount 28（11100） , Function Code 101011 , Write MemWrite 1 and RegWrite 0 for this instruction. What is use of Function filed and Shift Amount in this instruction? 操作數(shù)表明操作為SW讀操作，是指令操作的唯一標記，移位量是相對與移位指令來說移幾位，在SW指令沒有作用 。If the same instruction were a Branch instruction, the immediate field would hav

8、e represented a Branch Offset. What is the potential Target Address 1204 ，（-200*4）+2004=1204 。Exercise 6: Branch Target Found Adress 1204 , Is It same as EX.3 是 ? B input to ALU -200 , Why? 因為對于I 型指令只有rs，rt和立即數(shù)，沒有rd，是rs和立即數(shù)Imm運算的結果進行操作，所以B最終送ALU的是立即數(shù)而不是rt , ALUOut 800 , ALUOP = ADD , Why 因為SW是想把R7里的

9、內(nèi)容存到目的地址，立即數(shù)是偏移量，所以運算器是對R8和-200求和，得到的為目的地址 . LMD 7777 , Rdest 7 why this? 因為沒有rd，但是是把R7里的內(nèi)容存到目的地址800里。 RegWrite 0 , MemWrite 1 , Why 因為現(xiàn)在是存數(shù)，存到memory里，不是register里，所以MemWrite置1，RegWrite置0 , What are two values at the input of very last MUX in the WB stage 7777 , 800 , What is selected 800 why 因為寫回mem

10、ory地址為800（不太懂） . Final Register File Values. R7 , 7777 , R8 , 1000 .Exercise 7:Signal NameValueWhyID.A22222ID正在分析SW R1, 200(R2)Rs=Reg2=22222ID.B11111Rt=Reg1=11111ALUOUT in EXE9000EXE正在執(zhí)行SLTI R9, R10, -1000運算結果為10000-1000=9000ALUOUT in MEM88988MEM正在進行LW R7, 100(R8)運算結果為100+88888=88988ALUOUT IN WB1222

11、21WB正在寫回ADD R4, R5, R6結果為55555+66666=122221RDEST in ID0ID正在分析SW R1, 200(R2)沒有涉及到RdRDEST in EXE9EXE正在執(zhí)行SLTI R9, R10, -1000R9作為Rt，在選擇時被選為RdRDEST in MEM7同理，R7被選為RdRDEST in WB4對于ADD R4, R5, R6R4為RdLMD in MEM77777從memory地址88988讀到的數(shù)據(jù)為77777LMD in WB999上一個NOP的LMD為999沒有被選擇Final Values of Register FileR1=1111

12、1，R2=22222，R3=0，R4=122221，R5=55555，R6=66666，R7=77777，R8=88888，R9=0，R10=10000，R11=-1000，R12=12000，R13=13000 Exercise 8: Expected Values of Register File ADD R1,R2,R3 R2=22222,R3=33333,所以R1=55555SUB R5,R6,R1 R6=66666,R1=55555,所以R5=11111ADD R4,R1,R5 R1=55555,R5=11111,所以R4=66666SW R1,200( R4 ) R4=66666,

13、 所以memory地址為66866值為55555LW R4,100( R1 ) R1=55555, 令55655地址內(nèi)容為77777，所以R4=77777綜上，R1=55555，R2=22222，R3=33333，R4=77777，R5=11111，R6=66666Actual Values of Register File 實際上，R1=55555，R2=22222，R3=33333，R4=77777，R5=55555，R6=66666Reason on difference發(fā)現(xiàn)期望值與實際實驗的值不一樣，我仔細觀察指令的流水化過程，比如ADD R1,R2,R3 R2=22222,R3=33

14、333,所以R1=55555SUB R5,R6,R1 R6=66666,R1=55555,所以R5=11111這是我期望的結果和過程，但實際上第一條指令走到WB階段，R1值55555還沒寫回時，第二條指令已經(jīng)取到了原始的沒有寫回R1的值11111，計算得到的R5為55555，當?shù)谝粭l指令寫回后第二條指令走到了WB，結果沒改變，造成錯誤，同理，接下來的計算類似，只是因為賦值特殊，所以看不出來變化，實際實現(xiàn)機制是不一樣的。所以上述結果出現(xiàn)錯誤。Exercise 9:InstructionClock Cycle123456789101112ADD R1, R2, R3IFIDEXEMEMWBNOPI

15、FIDEXEMEMWBNOPIFIDEXEMEMWBSUB R5, R6, R1IFIDEXEMEMWBExercise 10:InstructionClock Cycle1234567891011121314151617ADD R1, R2, R3IFIDEXEMEMWBSUB R5, R6, R1IFIDIDIDEXEMEMWBADD R4, R1, R5IFIFIFIDIDIDEXEMEMWBSW R1, 200(R4)IFIFIFIDIDIDEXEMEMWBLW R4, 100(R1)IFIFIFIDIDIDEXEMEMWB實驗體會與心得：這次實驗是關于指令流水化的內(nèi)容，課上關于流水化只講解了一些概念，并沒有一個相對直觀的感受，實驗使用軟件模擬化直觀的看出指令的流水，印象十分深刻。實驗過程中，我發(fā)現(xiàn)流水化的一些疑問，比如說上一條指令的結果是下一條指令的源，這樣在流水化過程中就會出現(xiàn)錯誤，這個問題在exercise8，exercise10，可以直觀的看到，并且exercise10通過引入了NOP，很好的實現(xiàn)了等待，結果不會出現(xiàn)錯誤。另外一個疑問就是關于指令格式，上一次實驗我們學習